劉 信，楊 妮，李 輝，陳雪芳，吳海龍，袁劍峰

(重慶京東方光電科技有限公司，重慶 400714)

1 引 言

隨著信息時(shí)代的蓬勃發(fā)展，移動(dòng)智能電子產(chǎn)品已經(jīng)成為人們生活中最重要的工具，而觸摸屏作為一種實(shí)時(shí)的人、機(jī)、場(chǎng)景交換紐帶，具有界面簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上受到眾多消費(fèi)者的青睞[1-2]。在各種觸摸屏技術(shù)中觸控技術(shù)具有輕、薄、透過(guò)率高、工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為各TFT-LCD廠(chǎng)家生產(chǎn)觸摸屏的主流技術(shù)[3-4]。On Cell技術(shù)的觸控產(chǎn)品是在對(duì)盒后的上基板表面形成一層傳感器膜層，貼附偏光片，綁定電路部分，組合背光，形成觸控模組。

ITO(Indium tin oxide)薄膜作為一種常見(jiàn)的透明導(dǎo)體材料，其良好的導(dǎo)電性能、刻蝕性能及易低溫制備等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于TFT-LCD、OLED等行業(yè)[5-6]，其也被應(yīng)用于On Cell觸摸屏傳感器膜層材料。對(duì)于移動(dòng)智能的觸控電子產(chǎn)品，傳感器部分ITO是裸露的(部分ITO位于偏光片下面)，無(wú)任何保護(hù)。消費(fèi)者長(zhǎng)時(shí)間在各種環(huán)境中使用時(shí)，裸露的ITO會(huì)接觸到各種腐蝕物質(zhì)，產(chǎn)生腐蝕，影響產(chǎn)品的觸控效果。同時(shí)，觸控產(chǎn)品在使用過(guò)程中，通電產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)將會(huì)加速I(mǎi)TO的腐蝕[7-9]。為解決觸控產(chǎn)品傳感器膜層的腐蝕問(wèn)題，需將裸露在外面的ITO保護(hù)起來(lái)，業(yè)界通常采用的方式為在ITO膜層上面覆蓋一層有機(jī)膜，同時(shí)需要與偏光片形成一定的交疊。由于交疊處有機(jī)膜邊界有一定段差，導(dǎo)致偏光片在貼附過(guò)程中，容易在段差處殘留一定空氣，形成一條白色亮線(xiàn)，即氣泡線(xiàn)，影響觸控產(chǎn)品的外觀(guān)。

本文研究了氣泡線(xiàn)形成的原因、影響因子及機(jī)理，為觸控產(chǎn)品氣泡線(xiàn)改善提供了解決方案，同時(shí)也為后續(xù)觸控產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了設(shè)計(jì)及工藝可行性。

2 實(shí)驗(yàn)與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)

本文氣泡線(xiàn)的研究及改善實(shí)驗(yàn)所用實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料如下：TFT-LCD線(xiàn)體設(shè)備(彩膜+ Module工藝設(shè)備)；不同偏光片(POL)材料(A，B)；大型程光學(xué)顯微鏡；掃描電子顯微鏡(SEM)等。圖1為On Cell電容式觸摸屏截面圖，圖2 和圖3分別為電容式觸摸屏的截面圖和平面圖。

圖1 On Cell電容式觸摸屏截面圖Fig.1 Sectional view of On Cell capacitive touch screen

圖2 電容式觸摸屏截面圖Fig.2 Sectional view of capacitive touch screen

圖3 電容式觸摸屏平面圖Fig.3 Plan view of capacitive touch screen

2.2 分析

2.2.1 不良現(xiàn)象分析

氣泡線(xiàn)不良為一條白色的水平亮線(xiàn)，不良品無(wú)需通電，外觀(guān)檢查即可發(fā)現(xiàn)，如圖4所示。

圖4 氣泡線(xiàn)不良圖Fig.4 Image of bubble line

將氣泡線(xiàn)不良品(3 pcs)放置于偏光片脫泡(Auto Clave)設(shè)備中，延長(zhǎng)脫泡時(shí)間，一段時(shí)間后，取出樣品觀(guān)察，水平白亮線(xiàn)消失。氣泡線(xiàn)的位置位于有機(jī)膜邊界處，將有機(jī)膜去除后，氣泡線(xiàn)消失；以上實(shí)驗(yàn)可說(shuō)明氣泡線(xiàn)為有機(jī)膜邊界處殘留氣泡導(dǎo)致。

2.2.2 氣泡消失分析

取氣泡線(xiàn)不良品(3 pcs)，用密封膠將離氣泡線(xiàn)較近處偏光片邊緣密封起來(lái)。密封起來(lái)的不良品放置于偏光片脫泡設(shè)備，延長(zhǎng)脫泡時(shí)間，一段時(shí)間后，取出樣品觀(guān)察，水平白亮線(xiàn)均未消失。此實(shí)驗(yàn)從另一方面說(shuō)明不良品經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間脫泡處理后，氣泡線(xiàn)消失的原因?yàn)闅埩粼谟袡C(jī)膜邊界處的氣泡被逐漸擠壓，沿著偏光片邊界擠出，氣泡線(xiàn)消失。

2.3 機(jī)理分析

為保護(hù)電容式觸摸屏傳感器層(ITO膜層)，在無(wú)偏光片覆蓋的區(qū)域，采用有機(jī)膜對(duì)ITO進(jìn)行保護(hù)。為完全保護(hù)ITO膜層，有機(jī)膜需與偏光片形成一定區(qū)域的交疊，導(dǎo)致彩膜面在進(jìn)行偏光片貼附時(shí)，有機(jī)膜邊界處偏光片的壓入量較其他區(qū)域小，此處偏光片同玻璃之間存在一定的縫隙，集聚氣泡，形成肉眼可見(jiàn)的白亮線(xiàn)，即氣泡線(xiàn)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)氣泡線(xiàn)不良的發(fā)生機(jī)理，減小有機(jī)膜邊界處氣泡的殘留量和加強(qiáng)氣泡的排出量是改善氣泡線(xiàn)不良的總體方向。為此本文通過(guò)控制單一變量法，從偏光片貼附工藝、偏光片脫泡工藝、有機(jī)膜厚度、有機(jī)膜與偏光片交疊區(qū)域、偏光片材料方面進(jìn)行了研究，來(lái)尋找解決氣泡線(xiàn)的設(shè)計(jì)和工藝方案。以上改善方向的效果以不良發(fā)生率來(lái)評(píng)價(jià)(氣泡線(xiàn)發(fā)生率=氣泡線(xiàn)不良品數(shù)/投入總量)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為一定照度下人眼外觀(guān)檢查。

3.1 偏光片貼附工藝對(duì)氣泡線(xiàn)不良的影響

從偏光片貼附工藝流程可知，偏光片貼附(壓力/速度)和脫泡(壓力/時(shí)間)工藝均可影響氣泡線(xiàn)。由于偏光片脫泡壓力已為設(shè)備壓力最大值，無(wú)法再提升，因此本實(shí)驗(yàn)研究了調(diào)整POL貼附工藝條件(貼附壓力/貼附速度/脫泡時(shí)間)對(duì)氣泡線(xiàn)的影響。

表1 偏光片貼附工藝與氣泡線(xiàn)發(fā)生率Tab.1 Ratio of bubble line vs. conditions of POL

通過(guò)控制單一變量，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，從表1中可以看出，偏光片貼附壓力增大和速度降低，均可改善氣泡線(xiàn)不良。在偏光片貼附過(guò)程中，速度/壓力均會(huì)影響偏光片表面的壓入量，降低了有機(jī)膜邊界處氣泡的殘留量，從而達(dá)到改善氣泡線(xiàn)不良的目的。同時(shí)，當(dāng)偏光片脫泡時(shí)間達(dá)到240 s時(shí)，可以改善偏光片氣泡線(xiàn)不良。但偏光片貼附壓力太大會(huì)導(dǎo)致顯示屏破裂，影響良率；偏光片貼附速度降低/脫泡時(shí)間增加，均會(huì)影響產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)能力。結(jié)合其他影響及多次實(shí)驗(yàn)，偏光片貼附生產(chǎn)工藝參數(shù)定為：偏光片貼附壓力&貼附速度&脫泡壓力=0.3 MPa & 250 mm/s & 240 s，此時(shí)氣泡線(xiàn)不良的不良率為0.80%。

3.2 有機(jī)膜對(duì)氣泡線(xiàn)的影響

有機(jī)膜邊界為氣泡線(xiàn)產(chǎn)生的根本原因，影響有機(jī)膜邊界處偏光片貼附壓入量為有機(jī)膜厚度和坡度角，本文對(duì)有機(jī)膜層的坡度角和厚度進(jìn)行了分析和研究。

3.2.1 有機(jī)膜層坡度角分析

選取同時(shí)段生產(chǎn)的不良品(3 pcs)與非不良品(3 pcs)，各樣品分別取3點(diǎn)，測(cè)量有機(jī)膜坡度角，所測(cè)數(shù)據(jù)(3點(diǎn)均值)如表2所示。從表中可以看到，不良品和非不良品有機(jī)膜坡度角無(wú)差異，數(shù)據(jù)均在工藝管控的精度之內(nèi)，說(shuō)明氣泡線(xiàn)不良品非有機(jī)膜坡度角角度差異導(dǎo)致。同時(shí)，現(xiàn)有厚度下有機(jī)膜層坡度角已很小，在保證現(xiàn)有有機(jī)膜厚度的情況下，無(wú)調(diào)整空間，因此本文對(duì)有機(jī)膜層坡度角不做相關(guān)驗(yàn)證。

表2 有機(jī)膜坡度角Tab.2 Profile of organic film

3.2.2 有機(jī)膜厚度對(duì)氣泡線(xiàn)的影響

有機(jī)膜層坡度角無(wú)調(diào)整空間，因此本文探究了有機(jī)膜厚度對(duì)氣泡線(xiàn)的影響，其設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及氣泡線(xiàn)不良率如表3所示。

表3 有機(jī)膜厚度與氣泡線(xiàn)發(fā)生率

Tab.3 Ratio of bubble linevs. thickness of organic membrane

條件編號(hào)有機(jī)膜厚度/μm 氣泡線(xiàn)發(fā)生率/% 12.014.0021.50.142重復(fù)驗(yàn)證1.50.10

從表3中可以看出，有機(jī)膜厚度降低，可有效改善氣泡線(xiàn)不良。多次試驗(yàn)結(jié)果表明，氣泡線(xiàn)發(fā)生率均位于較低水準(zhǔn)，具有穩(wěn)定的改善效果。降低有機(jī)膜厚度，可以減小有機(jī)膜邊界處段差，偏光片貼附時(shí)，有機(jī)膜邊界處的氣泡量殘留減少，從而達(dá)到改善不良的目的。

3.2.2 有機(jī)膜與偏光片交疊寬度對(duì)氣泡線(xiàn)的影響

在電容式觸摸屏制程中，有機(jī)膜的引入主要是為了保護(hù)Sensor ITO，防止其在空氣中長(zhǎng)時(shí)間裸露，導(dǎo)致腐蝕，有機(jī)膜與偏光片需要形成一定交疊；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了有機(jī)膜與偏光片不同的交疊寬度來(lái)探究其對(duì)氣泡線(xiàn)不良的影響；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表4所示。

表4 有機(jī)膜與偏光片交疊寬度與氣泡線(xiàn)發(fā)生率

Tab.4 Ratio of Bubble Line vs overlapping of organic membrane and POL

條件編號(hào)有機(jī)膜與偏光片交疊寬度/mm 氣泡線(xiàn)發(fā)生率/% 10.760.0021.5714.02

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，有機(jī)膜與偏光片的交疊寬度越小，氣泡線(xiàn)發(fā)生率越低。有機(jī)膜與偏光片的交疊寬度影響偏光片脫泡時(shí)有機(jī)膜邊界處氣泡被擠出的難易程度。交疊寬度小，殘留在有機(jī)膜邊界處的氣泡更容易被擠壓出去，從而解決氣泡線(xiàn)不良。但有機(jī)膜與偏光片交疊寬度不能無(wú)限制減小，否則有偏光片翹起風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 偏光片材料對(duì)氣泡線(xiàn)的影響

偏光片材料可控制特定光束的偏光方向，其作用是可以將不具偏極性的自然光轉(zhuǎn)化為偏振光的一種材料，結(jié)合液晶的偏轉(zhuǎn)作用，來(lái)控制光線(xiàn)的通過(guò)程度，從而實(shí)現(xiàn)明暗；偏光片為多層結(jié)構(gòu)，上下表層為保護(hù)膜和離型膜，中部為T(mén)AC膜、PVA膜以及壓敏膠(PSA)組成，其中PSA層為偏光片粘結(jié)在LCD表面的膠層，較軟。氣泡線(xiàn)的來(lái)源為有機(jī)膜邊界氣泡殘留引起，通過(guò)對(duì)氣泡線(xiàn)產(chǎn)生機(jī)理及偏光片材料的研究，本實(shí)驗(yàn)主要探究了不同偏光片 PSA層厚度的影響，其設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果如表5所示。

表5 偏光片 PSA厚度與氣泡線(xiàn)發(fā)生率Tab.5 Ratio of bubble line vs. thickness of POL PSA

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，偏光片 PSA層厚度增加，可以有效改善氣泡線(xiàn)不良。偏光片 PSA層增加后，在偏光片貼附過(guò)程中，PSA層可以更多的填補(bǔ)有機(jī)膜邊界處段差，減小氣泡殘留量，達(dá)到改善氣泡線(xiàn)的目的。

4 結(jié) 論

氣泡線(xiàn)不良是由貼附偏光片時(shí)傳感器保護(hù)層有機(jī)膜段差處與偏光片之間殘留氣泡導(dǎo)致。研究表明，影響氣泡線(xiàn)不良發(fā)生情況的顯著因子有：有機(jī)膜邊界設(shè)計(jì)位置、有機(jī)膜厚度、偏光片貼附相關(guān)工藝以及偏光片中PSA厚度。降低有機(jī)膜與偏光片交疊寬度，降低有機(jī)膜厚度，偏光片貼附相關(guān)工藝中增加貼附壓力、降低貼附速度、增加脫泡時(shí)間，增加偏光片中PSA 膠層的厚度，均能有效降低氣泡線(xiàn)的發(fā)生率。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)可采用組合對(duì)策，經(jīng)過(guò)大量生產(chǎn)驗(yàn)證，可以有效減免氣泡線(xiàn)不良的發(fā)生。該研究結(jié)果為氣泡線(xiàn)不良預(yù)防及改善提供了新思路。